CEO, Digital Power Systems
Was sind Netzteile?
Netzteile wandeln die unregulierte Spannung des Stromnetzes in eine für Verbraucher geeignete Form um. Typischerweise handelt es sich um eine Gleichspannung, bei LED-Treibern kann es auch ein Konstantstrom sein.
Die Geschichte der Netzteile
Ursprünglich bestand ein Netzteil aus einem Eisenkerntransformator mit Brückengleichrichter. Zu Beginn kamen Röhrengleichrichter zum Einsatz (ab ca. 1920), die dann durch Selen-, Gallium- und schließlich Siliziumdioden (ab ca. 1960) ersetzt wurden.
Durch den Einsatz von Hochfrequenztransformatoren anstelle von 50-Hz-Transformatoren wurden Netzteile zunehmend kompakter (im Konsumbereich ab den 2000ern). Die neuen Schaltfrequenzen im Bereich von 100 kHz ermöglichten deutlich kleinere Bauformen. Gleichzeitig schritt die Integration voran: Zunächst wurden Regelungen nur mit Operationsverstärkern aufgebaut, bevor Halbleiterhersteller die Technologie in ICs integrierten.
Der Innovationsmotor: Die Halbleitertechnik
Innovationen bei Schaltnetzteilen basieren zu 80 % auf Fortschritten in der Halbleitertechnik:
- SiC und GaN: Neue Materialien mit verbesserten Bauteileigenschaften
- Schnellere Schaltfrequenzen im MHz-Bereich ermöglichen noch kompaktere Netzteile
- Leistungsstarke Mikrocontroller für wenige Euro ermöglichen digitale Regelung
- Neue Topologien: Einige verzichten auf den Netzgleichrichter, resonante Topologien vermeiden Schaltverluste
Effizienz - Mehr als eine Kennzahl
Der Wirkungsgrad von Netzteilen hat sich von anfänglich 60 % auf heute typische 95 % verbessert. Der Hauptvorteil für den Anwender: Weniger Wärme wird erzeugt - und Wärme, die nicht erzeugt wird, muss auch nicht abgeführt werden.
Die Digitalisierung als Wegbereiter
Ein weiterer Megatrend ist die Erfassung und Auswertung von Daten. Durch den Einsatz von Prozessoren lassen sich hochdynamische Regelungen aufbauen. Eigenwertregler ermöglichen Anstiegszeiten von unter 1 ms.
Digitale Netzteile können zudem einen weiten Ausgangsbereich abdecken - ähnlich wie bei Solarwechselrichtern, die über einen breiten Lastbereich 98 % Wirkungsgrad bieten.
Software Defined Power als Chance
Eine Hardware-Plattform - viele Möglichkeiten! Ähnlich der Komponentenstrategie in der Automobilindustrie.
Es liegt nahe, Hardware als Grundausstattung anzubieten, die dann per Software angepasst wird. So könnte eine AC/DC-Einheit sowohl als Hutschienen-Netzteil als auch als LED-Treiber konfiguriert werden.
Halbleiter als strategische Komponente
Neue Prozessorgenerationen wie RISC-V bieten immer mehr Rechenleistung zu günstigen Konditionen. Initiativen wie OpenROAD könnten es ermöglichen, auch kleinere Stückzahlen wirtschaftlich als eigene ICs zu fertigen.